富湾银矿区地下水环境质量评价

李厚洪，路小强

(1.广东省地质局七五七地质大队， 广东江门市 529040;2.中国冶金地质总局中南局昭金矿业有限公司， 广西昭平县 546800)

富湾银矿区地下水环境质量评价

李厚洪1，路小强2

(1.广东省地质局七五七地质大队， 广东江门市 529040;2.中国冶金地质总局中南局昭金矿业有限公司， 广西昭平县 546800)

通过对富湾银矿区地下水化学成分的分析，选取了适合该矿区的14个指标作为本区地下水环境质量的评价因子，并采用综合指数评价法、模糊综合评价法、可拓物元分析法对本区地下水质量分别进行了单方面的评价，最后结合这3种评价方法的结果，综合评定该矿区地下水环境质量级别，证明该区地下水污染严重，并有恶化的趋势。

富湾银矿区;综合指数评价法;模糊综合评价法;可拓物元分析法

0 前言

富湾银矿区位于广州市250°方向直距约45 km处，佛山市高明区329°方向直距约14 km，隶属富湾镇与金利镇管辖，区内属剥蚀丘陵残丘台地地貌，地形总体为西南及中部高，属亚热带季风气候，温暖潮湿，四季不甚分明。

区内地表水系主要为西江河，在矿区东部从北西向南东流过，水量充沛，流量大。其次是流经本区中部非常年性的长坑溪流，其水位、流量受降雨和西江水位的控制。区内地下水类型分为松散岩类孔隙水、碳酸盐类裂隙溶洞水和裂隙水3大类[1]。矿区出露的地层主要有第四系、白垩系、三叠系、石炭系，岩性主要为亚粘土、亚砂土、砾岩、砂岩、粉砂岩、灰岩、硅化灰岩等。

本矿区为一隐伏岩溶类型矿区，位于高明区三洲盆地区域水文地质单元东北部的江根村小水文地质单元中，通过对富湾矿区地下水环境质量现状进行调查和评价，获得区内污染物质的含量和分布情况等多项基础数据，为预测今后该地区环境污染变化趋势、开展矿区地下水环境监测和保护提供依据，同时对环境规划和管理，以及深入开展环境生态和地下水科学的研究，均具有十分重要的参考价值。下面根据富湾银矿区的水质分析结果，选取了适合该矿区的14个指标，结合3种水环境质量评价方法，最后得出该矿区的水环境质量级别[2]。

1 地下水样水化学分析结果

本次进行地下水水质综合评价是以生活饮用水为主要用水评价目标，为今后研究地下水污染的来源和污染途径，也为改造地下水、防止水质恶化和制定水资源政策提供科学依据，所以选取了地下水常见的污染物作为评价因子[3]。为了查明矿区不同含水层的水化学性质和彼此之间的水力联系，本次研究采集了多件不同类型的地下水样进行水化学分析，以SH2水样多件为例，结果见表1。

表1 不同含水层组地下水微量元素含量及其他指标

2 综合指数评价法

综合指数评价法是利用水体水质的物理、化学参数的污染物浓度值，通过数学处理，得出1个较简单的相对数值，用以反映水体的污染程度。综合指数评价法表示多项评价因子对水环境产生的综合影响的程度，以单指数为基础，通过各种数学关系式综合求得的，是对整体水质量做出定量描述，当检测项目、评价标准、监测结果可靠时，综合评价基本是可以反映水体污染程度的[4]。

(1)地下水质量评价以地下水水质调查分析资料或水质监测资料为基础，采用《地下水质量标准》(GB/T14848—93)对地下水质量分类指标进行评价，划分各单项组分所属质量类别，见表2。

表2 地下水质量分类指标

(2)对各类别按质量类别表2分别确定单项组分评价分值Fi，见表3。

表3 单项组分评价Fi取值

(3)按下列公式计算综合评价分值F:

Fmax——单项组分评价分值Fi中的最大值;

F——综合评价分值;

n——项数。

根据F值，划分地下水质量级别，见表4。

表4 地下水质量分级

(4)根据综合指数评价过程表5，最后得出地下水各单项和环境质量指数评价结果，见表6、表7。

表5 水样SH2－1综合指数法评价过程

表6 富湾矿区地下水各单项评价指标的评价结果

表7 矿区地下水环境质量综合指数法评价结果

从表中可知，各类地下水的综合评价分值F为4.31～7.185，大部分地下水质量为较差。(Fx1+C1z2)裂隙、空洞、溶洞水含水带中的地下水污染较严重;第四系(Q)孔隙水含水层中的地下水总体质量较好。但由于地下水埋藏浅，直接由大气降水从地表渗入，受人类活动及牲畜影响，已产生轻度生物有机质污染，导致水质变差。

3 模糊综合评价法

地下水质量模糊综合评价法的基本步骤为:

(1) 建立评价集:V={V1，V2，V3，V4，V5}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，V}，建立参评要素，本文选取14个评价指标，即 U={u1，u2，……，u14}，其中 u1，u2，……，u14代表的分别为锌 Zn、铜 Cu、砷 As、镉 Cd、铅Pb、锰 Mn、NO2－、总硬度、NH4+、Fe 离子、Cl－、SO42－、F－、NO3－。

(2)构造隶属函数确定隶属度。本文采用了较为成熟的“降半梯形分布法”，取第k个水样中某一污染因子i的实测值为xki，其j级标准值为aij。

(3)构造关系矩阵。利用隶属函数求得各评价因子i对水质量级别j的隶属度rij，构造模糊关系矩阵。

(4)权重的确立。权重是在多种评价因子综合时，对每个因子具有权衡轻重作用的一种数值，反映出不同评价因子之间重要性的差异。

(5)模糊计算。对A，R 2个集合进行模糊计算，计算方式采用加权平均型，B=A·R。

(6)类别的判定。在计算出模糊子集之后，按最大隶属原则确定某样本的水质类别，即某样本中模糊子集最大值所在的类为该样本归属的水质类别。

同样以SH2的水样号为例，模糊综合评价，结果见表8。

表8 矿区地下水环境质量模糊综合评价结果

4 可拓物元分析法

可拓物元分析法是根据各级水质标准建立经典域物元矩阵，根据水质监测值建立节域物元矩阵，然后建立各污染指标对不同水质标准级别的关联函数，取关联度最大值对应级别即为所评价水质级别[6]。物元是描述事物的基本元素，用1个有序三元组R=(N，c，v)表示，其中N表示事物的名称，c表示特征的名称，v=c(N)表示N关于c所取的量值，这三者称为物元的三要素，称为一维物元。可拓物元分析法是建立在可拓集合论基础上的评价方法。这种评价方法不仅能从数量上反映被评价对象本身存在状态的所属程度，更能从数量上刻画何时为此性态与彼性态的分界，这便是可拓集合的零界。

(1)确定经典域:

其中Nj表示所划分的j个等级。

(2)确定节域:

其中，P表示等级的全体，Vpi为P关于Ci所取的量值的全体范围，即 P的节域，并记 Vpi=(api，bpi)，(i=l，2，…n)，Ci的含义同上。

(3)确定待评物元R:

其中，Px表示待评物元(待评区域)的全体，Ci的含义同上，vi为P关于Ci所具有的具体量值，即指标Ci的具体数据。

(4)确定各评价指标关于各类别等级的关联度。各单项评价指标vi关于各类别等级j的关联度可由下式计算求得:

(5)计算待评物元关于各类别等级的关联度。待评物元P关于等级j的关联度为:

式中:Wi为各评价指标的权系数。

(6)确 定 评 定 等 级。若 Kjmax(p) =max{ Kj(p ) }=Kt0(p)，则评定p属于等级t0，令:

则称t*为p的等级变量特征值。

通过上述几个评价步骤，同样以SH2为例，最后得出SH2水样的评定等级，见表9。

表9 矿区地下水环境质量可拓物元分析法评价结果

5 综合评价结果

综合3种水环境质量评价方法的优劣，其各有侧重点，同样也各有不足，为了使评价结果更客观、更合理，本文综合3种方法的结果来最终确定本区地下水的水质量等级，见表10。

表10 矿区地下水环境质量综合评价结果

从表10中评价结果可以看出，该地区的地下水质量多为III到IV类，局部达到V类，说明该区的地下水污染较严重，并有恶化的趋势。该区的地下水均不能直接作为生活饮水，为保证本区地下水资源的可持续开发利用，保护地下水环境的工作已迫在眉睫。

[1] 吕胜青，李厚洪.广东省佛山市富湾银矿区水、工、环地质勘探报告[R].江门:广东省地质局七五七地质大队，2009.

[2] 栾利香.新汶矿区地下水水化学特征及质量评价[D].济南:山东科技大学，2006.

[3] 李 辉，杨振宏.尾矿区地下水环境质量现状评价[J].黄金，1998，19(2):47 －49.

[4] 马成有.地下水环境质量评价方法研究[D].长春:吉林大学，2009.

[5] 薛巧英.水环境质量评价方法的比较分析[J].环境保护科学，2004，30(124):64 －67.

[6] 谢 武，王 旭.物元分析法在水质评价中的应用[J].吉林水利，2006，5(4):1 －3.

2011－01－10)

李厚洪(1984－)，男，湖南人，主要从事水文地质、工程地质、环境地质研究，Email:lihouhong757@163.com。